第二章 系統(tǒng)工程理論與方法論

1、1第二章 系統(tǒng)工程理論與方法論1.1 系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)1.2 系統(tǒng)工程的基本工作過程1.3 系統(tǒng)分析原理2第一節(jié) 系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ) 一、三論一、三論 （一般系統(tǒng)論、信息論、控制論）（一般系統(tǒng)論、信息論、控制論） 1 1、控制論、控制論 1 1）定義）定義 研究動(dòng)物（包括人類）和機(jī)器內(nèi)部的控制與研究動(dòng)物（包括人類）和機(jī)器內(nèi)部的控制與通信的一般規(guī)律的學(xué)科，著重于研究過程中的數(shù)通信的一般規(guī)律的學(xué)科，著重于研究過程中的數(shù)學(xué)關(guān)系。學(xué)關(guān)系。 1947 1947年美國(guó)數(shù)學(xué)家維納創(chuàng)立。年美國(guó)數(shù)學(xué)家維納創(chuàng)立。32 2）重點(diǎn)內(nèi)容）重點(diǎn)內(nèi)容 帶有反饋回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)。帶有反饋回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在

2、變化的環(huán)境條件下如何研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在變化的環(huán)境條件下如何保持平衡或穩(wěn)定狀態(tài)。保持平衡或穩(wěn)定狀態(tài)。3 3）黑箱）黑箱- -灰箱灰箱- -白箱法白箱法42 2、信息論、信息論 1 1）定義）定義 用數(shù)量統(tǒng)計(jì)方法來(lái)研究信息的度量、傳遞和變用數(shù)量統(tǒng)計(jì)方法來(lái)研究信息的度量、傳遞和變化規(guī)律的科學(xué)?；?guī)律的科學(xué)。 1948 1948年美國(guó)數(shù)學(xué)家香農(nóng)創(chuàng)立。年美國(guó)數(shù)學(xué)家香農(nóng)創(chuàng)立。 2 2）信息量）信息量 信息熵（平均信息量）信息熵（平均信息量） Ph2logniiiPPH12log53 3）信息方法）信息方法 信息的輸入、存儲(chǔ)、處理、輸出等。信息的輸入、存儲(chǔ)、處理、輸出等。 信息的反饋信息的反饋6二、一般系統(tǒng)論的

3、發(fā)展二、一般系統(tǒng)論的發(fā)展1 1、耗散結(jié)構(gòu)理論、耗散結(jié)構(gòu)理論 開發(fā)系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡態(tài)下形成新的、穩(wěn)定的有開發(fā)系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡態(tài)下形成新的、穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。序結(jié)構(gòu)。2 2、協(xié)同學(xué)、協(xié)同學(xué) 系統(tǒng)從無(wú)序到有序轉(zhuǎn)變的規(guī)律。系統(tǒng)從無(wú)序到有序轉(zhuǎn)變的規(guī)律。3 3、突變論、突變論 研究事物的不連續(xù)變化問題，從量變到質(zhì)變的研究事物的不連續(xù)變化問題，從量變到質(zhì)變的研究。研究。7三、運(yùn)籌學(xué)三、運(yùn)籌學(xué) 線性規(guī)劃線性規(guī)劃 整數(shù)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃 排隊(duì)論排隊(duì)論 對(duì)策論對(duì)策論 存儲(chǔ)論存儲(chǔ)論 圖論圖論8第二節(jié) 系統(tǒng)工程的基本工作過程一、霍爾三維結(jié)構(gòu)一、霍爾三維結(jié)構(gòu) 美國(guó)學(xué)者美國(guó)學(xué)者A.D.A.D.霍爾（霍爾（A.D.

4、HallA.D.Hall）于）于19691969年提出的。年提出的。 時(shí)間維時(shí)間維(T)(T)、邏輯維、邏輯維(L)(L)、 知識(shí)維（專業(yè)維）知識(shí)維（專業(yè)維）(K)(K) 9時(shí)間維時(shí)間維邏輯維邏輯維知識(shí)維知識(shí)維社會(huì)科學(xué)社會(huì)科學(xué)運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)控制論控制論工程工程實(shí)施計(jì)劃實(shí)施計(jì)劃決策決策最優(yōu)化最優(yōu)化模型化模型化系統(tǒng)綜合系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析擺明問題擺明問題霍爾三維結(jié)構(gòu) 規(guī)劃階段規(guī)劃階段設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)階段研制階段研制階段生產(chǎn)階段生產(chǎn)階段安裝階段安裝階段運(yùn)行階段運(yùn)行階段更新階段更新階段 10 邏輯維是指系統(tǒng)工程每個(gè)階段工作所應(yīng)遵循邏輯維是指系統(tǒng)工程每個(gè)階段工作所應(yīng)遵循的邏輯順序和工作步驟，一般分為以下七

5、步：的邏輯順序和工作步驟，一般分為以下七步： 擺明問題擺明問題 明確所要解決的問題及其確切要求，全面收明確所要解決的問題及其確切要求，全面收集了解有關(guān)問題歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的資料。集了解有關(guān)問題歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的資料。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 確定目的并據(jù)此設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。（確定確定目的并據(jù)此設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。（確定任務(wù)所要達(dá)到的目標(biāo)或各目標(biāo)分量，擬定評(píng)價(jià)標(biāo)任務(wù)所要達(dá)到的目標(biāo)或各目標(biāo)分量，擬定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；用系統(tǒng)評(píng)價(jià)等方法建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)準(zhǔn)；用系統(tǒng)評(píng)價(jià)等方法建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)算法）評(píng)價(jià)算法）11 系統(tǒng)綜合系統(tǒng)綜合 設(shè)計(jì)能完成預(yù)定任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，擬定政策、設(shè)計(jì)能完成預(yù)定任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6、，擬定政策、活動(dòng)、控制方案及整個(gè)系統(tǒng)的可行方案?；顒?dòng)、控制方案及整個(gè)系統(tǒng)的可行方案。 模型化模型化 針對(duì)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和方案類型建立分析模針對(duì)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和方案類型建立分析模型，并初步分析系統(tǒng)各種方案的性能、特點(diǎn)、對(duì)型，并初步分析系統(tǒng)各種方案的性能、特點(diǎn)、對(duì)預(yù)定任務(wù)能實(shí)現(xiàn)的程度以及在目標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)體預(yù)定任務(wù)能實(shí)現(xiàn)的程度以及在目標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)體現(xiàn)的優(yōu)劣次序?，F(xiàn)的優(yōu)劣次序。12 最優(yōu)化最優(yōu)化 在評(píng)價(jià)目標(biāo)體系的基礎(chǔ)上生成并選擇各項(xiàng)政在評(píng)價(jià)目標(biāo)體系的基礎(chǔ)上生成并選擇各項(xiàng)政策、活動(dòng)、控制方案和整個(gè)系統(tǒng)方案，盡可能達(dá)策、活動(dòng)、控制方案和整個(gè)系統(tǒng)方案，盡可能達(dá)到最優(yōu)、次優(yōu)或合理，至少能令人滿意。到最優(yōu)、次優(yōu)

7、或合理，至少能令人滿意。 決策決策 在分析、優(yōu)化和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上有決策者作出在分析、優(yōu)化和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上有決策者作出裁決，選定行動(dòng)方案。裁決，選定行動(dòng)方案。 實(shí)施計(jì)劃實(shí)施計(jì)劃 不斷地修改、完善以上六個(gè)步驟，制定出具不斷地修改、完善以上六個(gè)步驟，制定出具體的執(zhí)行計(jì)劃和下一階段的工作計(jì)劃。體的執(zhí)行計(jì)劃和下一階段的工作計(jì)劃。13 T-LT-L系統(tǒng)工程活動(dòng)矩陣系統(tǒng)工程活動(dòng)矩陣14二、切克蘭德方法論二、切克蘭德方法論 由英國(guó)蘭切斯特大學(xué)切克蘭德教授由英國(guó)蘭切斯特大學(xué)切克蘭德教授2020世紀(jì)八十世紀(jì)八十年代中前期提出的。年代中前期提出的。 軟系統(tǒng)工程方法論的主要內(nèi)容和工作過程如圖軟系統(tǒng)工程方法論的主要內(nèi)容和工

8、作過程如圖所示。所示。1516三、兩種方法論的比較 霍爾三維結(jié)構(gòu)（霍爾三維結(jié)構(gòu)（H H）與切克蘭德方法論（）與切克蘭德方法論（C C）均為系統(tǒng)工程方法論，均以問題為起點(diǎn)，具有相均為系統(tǒng)工程方法論，均以問題為起點(diǎn)，具有相應(yīng)的邏輯過程。應(yīng)的邏輯過程。17兩種方法論的兩種方法論的不同點(diǎn)不同點(diǎn)：（1 1）H H以工程（硬）系統(tǒng)為研究對(duì)象，而切克蘭德以工程（硬）系統(tǒng)為研究對(duì)象，而切克蘭德方法論更適合于對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和經(jīng)營(yíng)管理等方法論更適合于對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和經(jīng)營(yíng)管理等“軟軟”系統(tǒng)問題的研究。系統(tǒng)問題的研究。（2 2）H H的核心內(nèi)容是優(yōu)化分析，而的核心內(nèi)容是優(yōu)化分析，而C C的核心內(nèi)容是比的核心內(nèi)容是比較學(xué)習(xí)。較

9、學(xué)習(xí)。（3 3）H H關(guān)注定量分析方法，而關(guān)注定量分析方法，而C C強(qiáng)調(diào)定性或定性與定強(qiáng)調(diào)定性或定性與定量有機(jī)結(jié)合的基本方法。量有機(jī)結(jié)合的基本方法。18 第三節(jié) 系統(tǒng)分析 Systems Analysis （SA）一、定義 運(yùn)用建模及預(yù)測(cè)、優(yōu)化、仿真、評(píng)價(jià)等技術(shù)運(yùn)用建模及預(yù)測(cè)、優(yōu)化、仿真、評(píng)價(jià)等技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的各有關(guān)方面進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分對(duì)系統(tǒng)的各有關(guān)方面進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。的分析研究過程。 二戰(zhàn)后由美國(guó)蘭德公司開發(fā)。（狹義的二戰(zhàn)后由美國(guó)蘭德公司開發(fā)。（狹義的SESE） 19二、系統(tǒng)分析的

10、要素問題問題目的及目標(biāo)（目的唯一、目標(biāo)可多個(gè)）目的及目標(biāo)（目的唯一、目標(biāo)可多個(gè)）方案（方案（3-43-4個(gè)，可替代性，最合適）個(gè)，可替代性，最合適）模型（結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、仿真）模型（結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、仿真）評(píng)價(jià)（費(fèi)用和效益、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)）評(píng)價(jià)（費(fèi)用和效益、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)）決策者決策者20三、分析程序認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)問題問題探尋探尋目標(biāo)目標(biāo)綜合綜合方案方案模型模型化化優(yōu)化優(yōu)化或或仿真仿真分析分析決策決策系統(tǒng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)初步分析初步分析規(guī)范分析規(guī)范分析綜合分析綜合分析YN21注意：注意： 1) 1)初步分析很重要（初步分析很重要（5W1H5W1H） What What Why/Where/When/Who Why/Where/When/Who How How 222)2)環(huán)境分析貫穿于全過程環(huán)境分析貫穿于全過程3)3)方案變化軌跡方案變化軌跡（可行方案，非劣方案，方案排序）（可行方案，非劣方案，方案排序）4)4)步驟可跨越，不可顛倒。